近日,中科院原始欧阳明高公开表示:“一般认为磷酸铁锂电池是比较安全的。本质上对于小的磷酸磷酸铁锂电池的确如此,但大容量电池,像320Ah的电池,其内部温度可以超过800度,这超过了磷酸铁锂正极分解的温度。”
大容量电池为何安全性更低?
(资料图)
磷酸铁锂小容量电池和大容量电池安全性的区别主要在于:电池内部温度是否超过正极材料分解温度。
磷酸铁锂电池正极材料一般500℃才可能出现分解现象,磷酸铁锂正极材料小容量磷酸铁锂电池内部温度一般是300-400℃,大容量磷酸铁锂电池内部温度可超过800℃。
这也是为什么大容量磷酸铁锂电池热失控风险更高的原因。
安全风险有多大?
对比磷酸铁锂电池和三元电池,磷酸铁锂电池的燃爆指数是三元电池的两倍。三元电池是自己容易热失控,自己把自己点着,磷酸铁锂电池则不然,自己点不着,可气体爆炸风险更高,遇到明火更危险。
三元电池,内部温度约200℃时,正极材料会分解并释放氧气,在高温下电解液迅速燃烧,燃烧更剧烈。
大容量磷酸铁锂电池,内部温度超过500℃后,正极材料开始分解,电池发生热失控,产生大量可燃电解液蒸汽(含氢气等,不含氧气),随着SOC增加,氢气浓度增加,可达50%以上(氢气的爆炸极限是4.0%~75.6%),爆炸风险更高,但燃烧剧烈程度较三元电池更低。
大容量是趋势,细思极恐
近日,在CIBF深圳国际电池技术展会中,多家储能电池头部企业展示了300Ah及以上容量的储能型磷酸铁锂电芯产品,电芯容量提升已成为行业发展趋势。
维科网储能统计了其中16家企业的大容量储能型磷酸铁锂电芯产品,并进行了容量排名。
雄韬股份的储能电芯产品以580Ah的容量排名,紧跟其后的是亿纬锂能的560Ah储能电芯产品,第三则是海基新能源的375Ah电芯产品。
开发出300Ah及以上容量的储能电芯产品的企业还有:蜂巢能源(325Ah)、瑞浦兰钧(320Ah)、楚能新能源(306Ah/315Ah)、双登集团(315Ah)、远景动力(305Ah/315Ah)、赣锋锂电(314Ah)、兰钧新能源(314Ah)、欣旺达(314Ah)、海辰储能(300Ah/320Ah)、远东电池(305Ah)、昆宇电源(305Ah)、南都电源(305Ah)和国轩高科(300Ah)等。
储能型大容量电芯成发展趋势,如何保障电池安全是所有储能电池企业必须面对的难题。
全固态电池是未来
储能关注三个要素:长寿命、低成本、高安全。对于以磷酸铁锂为代表的电化学储能来说,长寿命相对容易实现,低成本随着行业规模提升终将得到解决,贯穿始终的将是安全性问题。
为了提升储能安全,市场给出的解决方案之一是开发不同的储能技术。例如,从本征角度出发,研发固态电池或者水系电池,实现电池安全到安全电池的发展。
欧阳明高院士表示,他们认为本征安全的最终目标是全固态电池。
全固态电池的优点主要有两个:其一,固态电解质替代液体电解质和隔膜,固态电解质燃点非常高,不存在漏液现象,可显著提升电池安全性;其二,全固态电池能量密度更高,可达400Wh/kg,锂硫/锂空电池有望实现500Wh/Kg。
但是,现阶段全固态电池工艺并不成熟,仍处于研发阶段,存在离子电导率低、循环寿命差、倍率性能差、成本高昂等问题,制约了商业化进程。
根据EVTank的预测,至2030年全球固态电池渗透率为10%,需求达到276.8GWh。2023-2030年,全球固态电池需求增长的CAGR为63.7%。
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